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        中壓礦用橡套電纜導(dǎo)體屏蔽材料的配方設(shè)計

        2011-03-26 12:32:58張永仲
        電線電纜 2011年2期
        關(guān)鍵詞:乙丙乙炔炭黑

        張永仲

        (江蘇東峰電纜有限公司,江蘇無錫214251)

        0 引言

        煤炭部標(biāo)準(zhǔn)MT 818—2009規(guī)定中壓礦用橡套軟電纜的導(dǎo)體應(yīng)擠包半導(dǎo)電層,其目的是為了改善電場結(jié)構(gòu),防止因?qū)w表面不光滑、不圓整而引起的尖端放電。中壓礦用橡套軟電纜導(dǎo)體屏蔽的配方設(shè)計鮮有報道,而且產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)也沒有規(guī)定導(dǎo)體屏蔽的技術(shù)要求。為了設(shè)計出滿足電纜要求的配方,我們參考相關(guān)資料確定導(dǎo)體屏蔽的技術(shù)指標(biāo)如下:

        (1)參考中壓交聯(lián)聚乙烯絕緣電纜對導(dǎo)體屏蔽料的要求,確定礦用橡套電纜導(dǎo)體屏蔽23℃時的體積電阻率不大于100 Ω·cm。

        (2)由于中壓礦用電纜的絕緣為乙丙橡皮,其抗張強度不小于6.5 MPa,斷裂伸長率不小于200%。為了防止電纜在移動過程中導(dǎo)體屏蔽先損壞,我們確定礦用橡套電纜導(dǎo)體屏蔽的機(jī)械性能不低于對絕緣的要求,即抗張強度不小于6.5 MPa,斷裂伸長率不小于200%。

        (3)導(dǎo)體屏蔽應(yīng)與乙丙橡皮絕緣牢固粘接。

        1 配方設(shè)計

        (1)生膠的選擇。礦用電纜用的乙丙絕緣橡膠是非極性橡膠,為了使導(dǎo)體屏蔽與絕緣層牢固粘接,應(yīng)選用非極性或極性小的橡膠作為導(dǎo)體屏蔽的主體材料,而且其長期工作溫度應(yīng)與乙丙絕緣的長期工作溫度一致。經(jīng)過試驗,氯化聚乙烯CM135B、乙丙橡膠都能與乙丙絕緣牢固粘接。由于氯化聚乙烯在高溫硫化時會分解出氯化氫,損害絕緣的電氣性能,因此最終選擇了三元乙丙橡膠(EPDM)作為導(dǎo)體屏蔽的主體材料。

        (2)導(dǎo)電材料的選擇。乙丙橡膠是優(yōu)良的絕緣材料,其體積電阻率達(dá)1015Ω·cm,為了使其導(dǎo)電,必須加入大量的導(dǎo)電材料。導(dǎo)電材料有乙炔炭黑、石墨、導(dǎo)電炭黑、超導(dǎo)電炭黑等,它們在橡膠中的分布,能形成鏈狀或網(wǎng)狀分布,從而產(chǎn)生導(dǎo)電的作用。后兩種炭黑導(dǎo)電性好,但是價格昂貴,從經(jīng)濟(jì)性的角度考慮,我們的設(shè)計思路是選擇乙炔炭黑和石墨作為導(dǎo)電材料。其中乙炔炭黑的導(dǎo)電性好,作為主導(dǎo)電劑,由于其粒徑小、結(jié)構(gòu)度高,兼做補強劑;石墨主要用于改善乙炔炭黑導(dǎo)致的膠料變硬、擠出工藝變差的缺點,但其導(dǎo)電性不如乙炔炭黑,會降低導(dǎo)電橡皮的機(jī)械性能,在滿足工藝性能的條件下,應(yīng)盡量少用或不用。在進(jìn)行配方試驗時,因為石墨對抗張強度和斷裂伸長率的損害較大,因此最終沒用石墨。

        (3)增塑劑的用量。為了使混煉膠變軟,容易擠出,應(yīng)加入適量的增塑劑。但是增塑劑本身是絕緣材料,其用量太大時會影響到導(dǎo)電橡皮的導(dǎo)電性能,因此配方設(shè)計時其用量要進(jìn)行合理選擇。

        (4)其他材料的選擇。采用與乙丙絕緣一樣的硫化體系,主硫化劑為過氧化二異丙苯(DCP),助硫化劑為三聚異氰酸三烯丙酯(TAIC)。由于導(dǎo)體屏蔽和絕緣采用同樣的硫化體系,其擠出和硫化工藝可以保持一致,生產(chǎn)時容易控制。

        防老劑及其它配合劑與乙丙絕緣所用材料一樣,這樣可以防止導(dǎo)體屏蔽的配合劑滲透到絕緣層,影響絕緣的電氣性能。

        2 配方試驗

        試驗配方(質(zhì)量份)如下:三元乙丙橡膠(EPDM)100份;DCP 3.5份;TAIC 3份;石墨 變量;乙炔炭黑變量;防老劑RD 1.5份;氧化鋅5份;38號汽缸油變量;硬脂酸0.5份。試驗結(jié)果見表1。

        表1 配方試驗測試結(jié)果

        試驗結(jié)果分析:1#配方由于油的用量太大,導(dǎo)致抗張強度很小;2#及3#配方減少了油的用量,抗張強度逐步提高,斷裂伸長率逐步下降,但是機(jī)械性能始終達(dá)不到要求;石墨的添加對機(jī)械性能有損害,因此4#配方去掉了石墨,機(jī)械性能得到很大改善,抗張強度、斷裂伸長率及體積電阻率均合格。

        4#配方在進(jìn)行工藝試驗時,由于乙炔炭黑用量很大,在混煉工序中不能完全捏合,為此在配方中又加入了10份石蠟,測試機(jī)械性能及電性能均有改善。這是因為適當(dāng)用量的石蠟?zāi)軒椭胰蔡亢诘姆稚ⅲ挂胰蔡亢谠诨鞜捘z中分布均勻,使其補強作用和導(dǎo)電作用均得到有效發(fā)揮。

        3 配方確定

        最后確定的配方如下:EPDM 100份;DCP 3.5份:TAIC 3份;乙炔炭黑120份;防老劑RD 1.5份;氧化鋅5份;38號汽缸油30份;石蠟10份;硬脂酸0.5份。合計273.5份。性能測試結(jié)果見表2。

        表2 導(dǎo)體屏蔽料的性能測試結(jié)果

        4 結(jié)束語

        以乙丙橡膠為主體材料,乙炔炭黑為導(dǎo)電材料,制得了導(dǎo)電性能合格的導(dǎo)體屏蔽材料。在配方設(shè)計過程中,由于乙炔炭黑會使膠料發(fā)硬,影響擠出,考慮添加一定份量的石墨。但由于石墨對導(dǎo)體屏蔽的機(jī)械性能影響很大,導(dǎo)致抗張強度和斷裂伸長率均達(dá)不到要求,因此最終沒有使用石墨。本配方的工藝性能是通過增塑劑的調(diào)整來達(dá)到的,特別是在混煉過程中添加了10份石蠟,不但解決了捏合問題,也使膠料變軟易于擠出。研制成功的導(dǎo)體屏蔽料工藝性能優(yōu)良,完全滿足中壓礦用橡套電纜生產(chǎn)要求。

        [1]徐應(yīng)麟主編.電線電纜手冊(第2冊)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2009.

        [2]張殿榮.現(xiàn)代橡膠配方設(shè)計[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2001.

        [3]李立軍.導(dǎo)電乙丙橡膠的研究[J].石家莊化工,1995(2):11-13.

        [4]孔憲武.電力電纜用可剝離型半導(dǎo)電絕緣屏蔽料研制[J].電線電纜,1998(5):16-18.

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